Konstantstromquelle

Konstantstromquelle für Schaltungen

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Konstantstromquellen versorgen einen Stromkreis mit Strom eines konstanten Niveaus. Dabei spielt der elektrische Widerstand keine Rolle. Konstanter Strom wird auch als eingeprägter Strom bezeichnet. Eingeprägter Strom verhält sich bei genauer Betrachtung aber nicht immer zwingend konstant:  Wechselstrom unterliegt verschiedenen Frequenzen. Allerdings handelt es sich auch bei eingeprägtem Strom als Wechselstrom um einen vom Widerstand unabhängigen Wert. Bei einer Wechselschaltung wird eine Reihenschaltung verwendet. Geeignete Schaltungen für konstanten Strom als Gleichstrom sind Konstantstromquellen und Stromspiegel.

Eingeprägter Strom ist relevant für Labornetzteile, deren Ausgangsspannung und Strombegrenzung eingestellt werden kann. Wenn der Maximalstrom nicht erreicht wird, ist der Ausgangswiderstand niedrig. Dabei unterliegt die Spannung nicht der Belastung, womit von einer eingeprägten Spannung gesprochen wird. Erreicht der Ausgangsstrom aber den maximalen Widerstand, nutzt das Gerät den konstanten Ausgangsstrom. Auch bei einem Kurzschluss wird das konstante Ausgangsniveau nicht überschritten.

Es gibt verschiedene Schaltungen für Gleichstromquellen. Dazu gehören Biopolartransistoren, die durch einen Spannungsteiler aus zwei Widerständen eine konstante Spannung halten. Eine weitere Möglichkeit bietet ein Feldeffekttransistor, der aus einem selbstleitenden Transistor besteht. Auch Operationsverstärker lassen sich als Gleichstromquelle nutzen. Konstantstromquellen als integrierte Schaltungen für geringe Ströme im Bereich von Milliampere lassen sich ebenfalls realisieren. Eine weitere Möglichkeit bietet auch die PTAT Stromquelle oder die UBE-Konstantstromquelle. Konstantstromquellen versorgen unter Anderem Leuchtdioden (LEDs) mit Strom.

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Schutzleiter

ZVS Resonanzwandler

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In der elektrischen Energietechnik werden Gleichspannungswandler für die Energieübertragung mit einem Schwingkreis als Resonanzwandler bezeichnet. Hierbei wird eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umgewandelt. Diese Wechselspannung zeichnet sich durch eine konstante Last aus.

Resonanzwandler werden auch als Wechselrichter geführt. Diese Bezeichnung trifft aber nur auf Resonanzwandler bzw. Inverter zu, die den Strom am Ausgang nicht gleichrichten.

Resonanzwandler kommen häufig als elektronisches Vorschaltgerät bei Leuchtstofflampen zum Einsatz. Der Resonanzwandler erzeugt eine vergleichbar hohe Spannung für die Leuchtstofflampe. Die meisten Energiesparlampen sind mit einem Resonanzwandler bestückt, der im Sockel der Lampe verbaut ist. Neben Leuchtstofflampen und Energiesparlampen werden ZVS Resonanzwandler auch für Leuchtröhren verwendet. Diese Leuchtröhren kommen unter Anderem als Hintergrundbeleuchtung von Flachbildschirmen zum Einsatz. Resonanzwandler für die Beleuchtung von TFT Flachbildschirmen sind auch als Display Inverter bekannt.

Die für Hintergrundbeleuchtungen von Bildschirmen und für Energiesparlampen verwendeten Resonanzwandler werden als selbstschwingende Inverter betrieben. Die eingehende Gleichspannung wird in eine Wechselspannung höheren Niveaus umgewandelt. Der Frequenzbereich liegt dabei zwischen 30 und 100 Kilohertz.

Resonanzwandler werden für verschiedene Einsatzbereiche in unterschiedlicher Bauform angeboten. Ziel aller Resonanzwandler ist es, die Schaltverluste möglichst gering zu halten. Auch in erhöhten Leistungsbereichen kann dank Resonanzwandlern noch kostensparend mit hohen Schaltfrequenzen gearbeitet werden. Resonanzwandler werden in ZVS Resonanzwandler (Zero Voltage Switching) und ZCS Inverter (Zero Current Switching) unterschieden.

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Konstantstromquelle

Einstellbare Konstantstromquelle

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Eine Konstantstromquelle versorgt einen Stromkreis unabhängig vom elektrischen Widerstand konstant mit Strom. Dieser Strom wird auch als eingeprägter Strom bezeichnet. Konstantstromquellen werden als Wechselstromquelle und Gleichstromquelle umgesetzt. Die meisten Konstantstromquellen sind als Gleichstromquelle konzipiert, die elektronische Schaltungen darstellen.

Konstantstromquellen können mit einem Bipolartransistor realisiert werden. Auch eine Umsetzung als Zweipol über einen Feldeffekttransistor ist möglich. Dieser besteht aus einem selbstleitenden Transistor und einem Widerstand. Diese Konstantstromquelle ist bereits als fertiges Bauteil im Fachhandel erhältlich. Eine Konstantstromquelle kann auch mithilfe eines Operationsverstärkers umgesetzt werden.

Konstantstromquellen als integrierte Schaltung sind zweipolig und auf verschiedene Ströme im Bereich Milliampere ausgelegt. Längsregler-Schaltkreise können ebenfalls auf eine Konstantstromquelle ausgelegt werden. PTAT-Stromquellen liefern den Strom, der sich proportional zur Temperatur ändert.

Die Konstantstromquelle wird immer dann benötigt, wenn der Strom konstant fließen muss – auch bei einer Spannungsänderung. Da sich Widerstände hierzu nicht eignen, wird die Konstantstromquelle in einer der möglichen Bauweisen umgesetzt. Der Strom wird in einer Konstantstromquelle mithilfe einer Last konstant gehalten, wobei Spannungsänderungen ausgeglichen werden. Die verschiedenen Bauweisen für Konstantstromquellen unterscheiden sich anhand ihrer Betriebsspannung und der Präzision. Die Schaltungen reichen von einfachen Modellen wie J-FET bis zu komplex aufgebauten Konstantstromquellen mit Schaltregler oder Linerarregler.

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Netzteile

Schaltung für Netzteile

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Schaltnetzteile wandeln die unstabile Eingangsspannung in eine Gleichspannung um. Hierbei wird entweder eine Gleichspannung oder Wechselspannung in eine Gleichspannung mit einem abweichenden Spannungsniveau umgewandelt. Schaltnetzteile unterscheiden sich von herkömmlichen Netzteilen durch ihre Funktionsweise: Sie richten die Netzspannung gleich, erzeugen eine Wechselspannung und richten diese wiederum gleich. Alle Schaltnetzteile sind mit einem Netztransformator ausgestattet.

Schalternetzteile zeichnen sich durch ihren hohen Wirkungsgrad gegenüber herkömmlichen Netzteilen aus. Der Wirkungsgrad liegt bis über 90 Prozent. Da auch kleine Gruppen einen ausreichenden Wirkungsgrad bieten, werden Schaltnetzteile immer häufiger in Steckernetzteilen verbaut.

In einem Schaltnetzteil finden folgende Prozesse bei der Spannungsumwandlung statt: Gleichrichtung der Spannung, Glättung, Zerteilen der Gleichspannung und Umwandlung in Wechselspannung, Gleichrichtung und Siebung. Schaltnetzteile haben nicht nur einen hohen Wirkungsgrad, sondern können verschiedene Eingangsspannungen unterschiedlichen Niveaus aufnehmen und umwandeln. Die Netzteile sind daher für verschiedene Netzspannungen geeignet. Sie benötigen wenig Kupfer und zeichnen sich durch einen geringen Stromverbrauch im Stand-By aus. Aufgrund ihrer kompakten Bauweise sind Schaltnetzteile vergleichbar klein und leicht. Sie sind zudem preiswerter erhältlich als herkömmliche Transformatoren. Zu den klassischen Anwendungsgebieten für Schaltnetzteile gehören Computernetzteile und Netzteile von Fernsehern und Monitoren. Sie wandeln auch den Strom für Notebooks und Mobiles um. In der Elektrotechnik ergeben sich weitere Einsatzgebiete wie Diodenlaser und Akkumulatoren.

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